地铁工程机械顶管施工方法

地铁工程机械顶管施工方法目录TOC\o"1-2"\h\u24298地铁工程机械顶管施工方法 122983一、工程基本情况 121832二、顶管掘进机及配套系统 1276942.1机械式土压平衡泥水加压顶管掘进机工作原理 2251362.2掘进机及配套系统功能要求 228742.3掘进机及辅助设备主要技术参数与特点 232091三、顶管施工工艺 4296793.1工艺原理 4110663.2施工流程 428272四、关键施工技术措施 4314864.1施工准备阶段 5241814.2设备安装技术措施 5137214.3洞口密封与加固技术措施 653154.4正常顶进技术措施 6199544.5水下回收掘进机措施 7207514.6管节连接技术措施 825516五、质量验收 982315.1验收依据 9299975.2验收内容与标准 9246805.3验收流程 10708六、安全与环保措施 10181076.1安全措施 10133466.2环保措施 1120664七、附则 1223173附表1顶管顶进记录（示例） 1213470附表2管道焊接检测记录（示例） 13一、工程基本情况两趟从取水泵房至江堤的输水管道采用机械顶管施工，每趟长度756.81m，管道选用DN1420×14钢管（原“Dg1420”按现行规范统一为“DN1420”）。1.1顶管掘进机选用根据地质资料（开挖面地层难挖掘、难稳定，含承压水且透水性强）及现场条件，需采用密闭型顶管掘进机，且具备机械式土体平衡装置。综合对比机械式土压平衡泥水加压顶管掘进机（带二次破碎装置）与机械式土压平衡顶管掘进机的适用性，结合本工程地质特点（砂土、粉质黏土及两层土体交互层）及施工要求（控制地面沉降、保护长江大堤），最终选用机械式土压平衡泥水加压顶管掘进机。二、顶管掘进机及配套系统2.1机械式土压平衡泥水加压顶管掘进机工作原理该掘进机通过前部隔板形成泥水压力仓，前端安装可预设压力、自动伸缩且具备极限位置报警功能的切削刀盘，刀盘切土口可手动或根据伸缩量自动调节切削量，实现土体平衡与地下水控制：土体平衡：正常工作时，刀盘按预设压力紧贴土体断面，在顶力作用下旋转切削并向前推进。若土体硬度增大，刀盘受迎面阻力大于预设压力时自动后缩，切土口同步增大，切削量增加，直至刀盘以预设压力与土体重新平衡；停机时手动关闭切土口，刀盘保持预设压力紧贴土体，隔离泥水仓与开挖面；当自动调节达极限值时，报警装置触发，需通过调整顶速、重新设定刀盘压力维持平衡。地下水平衡：向开挖仓注入一定压力的泥浆，除携带土层颗粒外，通过控制出泥流量，精准调节泥水仓水压力，平衡地下水压力，避免水土流失。2.2掘进机及配套系统功能要求适配本工程地质（砂土、粉质黏土）与水文条件（承压水），满足长江大堤保护及文明施工、少扰民要求；泥水注入与排出系统运行稳定，压力调节便捷，可通过顶速、刀盘切土口调节，精准控制开挖面土体平衡；激光导向系统采用计算机光靶读数装置，将光靶图像转化为坐标数据输出；纠偏操作采用按钮或手柄控制，操作结果具备数据显示或指示器反馈功能；顶管掘进机与管节间预留间隙的注浆需同步顶进，浆液及时支撑环状土体，减少管道摩阻力；泥水系统配备管道堵塞反冲洗装置，反冲洗时不影响开挖仓内泥水压力。2.3掘进机及辅助设备主要技术参数与特点2.3.1掘进机主要技术参数（DTN1200型）技术参数数值技术参数数值掘进机型号DTN1200刀盘转矩65kN·m外径1450mm刀盘转速4.2r/min长度3500mm刀盘平动量-100~+50mm自重78kN额定顶进速度＞60mm/min刀盘动力10kW×2最大纠偏角度2.0°整机结构二段无铰式总功率（含附属设备）约70kW2.3.2掘进机特点前端挖掘装置由自动伸缩全断面刀盘及随动刀架组成，预调刀盘推力后，刀盘随土壤压力变化前后移动，自动调节切土口大小，保持预设推力，实现正面土体压力自动平衡；前部设与动力设备密封隔离的开挖仓，调节仓内泥浆压力即可平衡地下水，具备双重自动平衡功能，扰动土层最小，适配水下、黏土、粉质粘土地层；地面操作即可判断机头运行状态，仪表实时显示刀盘土压力、扭矩、切土口大小、偏差量、纠偏量、机头轴线水平夹角等参数，全液压按钮式操控，中央控制型作业，易保证施工质量。2.3.3主要配套设备设备名称规格参数功能作用主顶系统2台2000kN油缸，总顶力4000kN，行程3.4m，油压31.5MPa，无极调速并显示顶速提供顶进动力，推动管节与掘进机前进，电气联动控制启停泥水系统DN100管道、阀门及泵，水压2-25m可调以设定水压、流量稀释搅拌泥水仓泥浆，将泥浆输送至地面沉淀池，平衡地下水电气控制系统供应电能，监控顶速、压力、流量，实现地面与机头通话控制设备工况，协调各系统运行，保障施工安全触变泥浆系统奈莫型螺杆泵，压力0-3.5MPa无级可调，DN32管道、阀门注入触变泥浆，形成浆套，降低管外壁与土体摩阻力，提升顶进效率中继接力环两段无铰壳体，D型橡胶止水阀，顶力4000kN，可控制10套联动长距离顶进时分散顶力，避免管道超压损坏，适配500m顶程通信系统20路电话交换机，市网供电，脉冲工作实现地面、机头、中继间通信，支持分机内部及主机控制下的多机通话承力钢构件基坑导轨（滚轮支架）、环形顶铁、马蹄形中间顶铁、承压壁导轨提供基准，顶铁传递顶力，承压壁分散反力，保障顶进稳定三、顶管施工工艺3.1工艺原理在工作井内顶进轴线后方对称布置主千斤顶，将管节置于导轨上，主千斤顶推进时，以掘进机开路将管节压入土中，刀盘搅拌土体成泥浆后通过管道排出；单节管节顶进完成后，吊入下一节管节连接，循环作业至预定长度，完成管道敷设。3.2施工流程3.2.1设备安装流程测量放样→安装洞口止水圈→安装滚轮支架（导轨）→安装后靠背（承压壁）→机头吊装就位→安装操纵台、控制柜、主千斤顶油泵→安装激光经纬仪→接通电路、油路→选水源、砌泥浆池→安装注浆泵→安装注入泥浆管路→设备试车3.2.2顶进施工作业流程顶管施工准备→机头进洞→入泥顶进→判断需安装中继间？（是：接中继间；否：跳过）→吊下管节、焊接→顶进、测量、记录、纠偏→判断顶完一节？（否：继续顶进、测量、记录、纠偏；是：判断是否最后一节？）→判断是否最后一节？（否：重复吊下管节、焊接及后续步骤；是：竣工测量）→水下切割机头→施工结束注：取水泵房至工作井段顶管重复上述流程，机头从取水泵房顶进工作井后直接吊出。四、关键施工技术措施4.1施工准备阶段场地布置：在指定工作区域合理规划出土运输、起重机、注浆系统位置，管节堆放区清理平整，采用专用吊具平稳堆放，就位后用三角木垫实；管节验收：每批管节进场后，会同监理工程师逐节检查：管口圆度（偏差≤D/1000，D为管径）、端面平行度（偏差≤0.001D）、垂直度（偏差≤0.005D），管内外防腐层（无破损、漏涂），不合格管节标记并要求厂方更换。4.2设备安装技术措施4.2.1滚轮支架（导轨）安装导轨采用装配式滚轮支架，安装在混凝土基础上，确保稳固、标高与位置准确，顶进时无移位、变形、沉降；安装前复核管道中心位置，滚轮与管道接触位置的平行度、等高由制作保证，安装时复核并按管道设计标高调整，顶进中定期复核；导轨设置坡度与设计轴线一致，钢管支撑圆心角约60°，预留焊接空间（支撑点距地面75-80cm），避免磨损管外防腐层。4.2.2承压壁（后靠背）设置承压壁安装在沉井后座墙与主千斤顶之间，设计承压能力15000kN，具备足够刚度，采用整体钢结构；为保证受力均匀，在承压壁与井壁间浇筑100号水泥砂浆找平，承压壁平面需与顶进轴线垂直，顶进中定期检查，倾斜时重新调整。4.2.3主顶设备安装千斤顶支架、滚轮支架与主千斤顶、管节安装适配，可安装4台主千斤顶，规格一致、行程同步，单台使用压力不超过额定压力，油路并联且每台设独立控制阀，最大伸出行程小于油缸行程10cm；油泵站靠近主千斤顶布置，油路顺直、少转角、无渗漏，设置在井口操作间，油泵最大工作压力≤32MPa，检查限压阀、溢流阀、压力表等保护装置，安装后试车；环形顶铁外径与管道直径一致，增强刚度可增加厚度及内径方向尺寸；马蹄形中间顶铁刚度达标，受力不变形，相邻面垂直，无扭曲、脱焊，与导轨接触面平整。4.2.4掘进机安装地面检查掘进机尺寸与结构，采用500kN汽车起重机，专用吊具平稳吊装，避免冲击碰撞，专人指挥；掘进机安放至导轨后，测定前后端中心方向偏差（≤5mm）与相对高差（≤3mm），调整至与各组滚轮密实接触、受力均匀；连接电路、水路、油路、注浆管路及操纵设备，确保连接牢固、无跑冒滴漏，分系统调试后进行全面试运行。4.3洞口密封与加固技术措施4.3.1洞口止水圈设计采用“密封橡胶圈+可充气应急胶圈”双层密封结构，应对管道埋深10m（地下水压力约0.1MPa）的密封需求：主密封橡胶圈物理性能：硬度50±5ShoreA，抗张强度≥14MPa，扯断伸长率≥450%，压缩永久变形≤20%，接头扯断强度≥10MPa；应急胶圈备用，主胶圈磨损失效时，充气泵充气密封，控制漏水，便于安全更换主胶圈。4.3.2洞口土体加固针对出洞口地下10m（液泥粉质黏土与粉细砂互层，渗透系数大）的地层特点，采用压密注浆加固：沉井施工时预埋DN50注浆管，井外壁端软木塞封堵，井内壁端管堵封堵；注浆时拆除管堵，安装DN25注浆管及密封装置，水平打入土中4.5-4.8m后稍退，使“锥帽”脱开，以0.25-0.4MPa压力注浆；注浆材料采用水泥+超细粉煤灰浆液，按试验确定配合比，注浆顺序从中心向四周，加固范围5m×5m×5m（高×宽×深），确保土体短时间自立。4.3.3掘进机防回退措施因覆土深、地下水压力大（掘进机正面承受0.1MPa水头压力，回退力约908kN），出洞初期需防止掘进机及前几米管节回退：采用钢拉板直接焊接止退，避免主千斤顶推力撤消后，掘进机后退导致土体坍塌、后续顶进爬高；计算管节外壁与土体摩阻力（按4kN/㎡），需顶入21m管节方可平衡回退力，期间管节焊接时间达10小时以上，钢拉板止退需确保可靠。4.4正常顶进技术措施4.4.1顶进参数控制凿碎砖封门后，将机头顶入洞口，连接油管、电缆及泥水管，分析顶进速度、顶力、机头土仓土压、刀盘扭矩，顶速根据土仓土压确定，禁止机头超负荷运转；触变泥浆润滑：注浆孔分组布置，每组5个一环，掘进机后部及后2m（特殊管节后部）各设一组（同步注浆，形成完整浆套），后续每隔10m设一组（补浆）；选用无压力脉动螺杆泵（奈莫泵），注浆以控制量为主，避免压力过高导致地面冒浆。4.4.2测量与纠偏测量：以地面引入井下的导线点、高程点为基准，激光经纬仪固定在沉井底板，计算机控制激光接收靶固定在机头前端中轴线上，顶进中激光常开启，操作人员通过屏幕光斑移动数据及顶进长度，分析偏差趋势；按规定顶进长度或时间校正高程，可用连通器辅助校正；纠偏：初期顶进（出洞5-15m）：利用钢管刚性大特点，采用主千斤顶施加偏心顶力纠偏，顶速控制在10-15mm/min，找到最佳偏心顶力，保证顺直；正常顶进：紧随机头的一节钢管改为2m长，接口采用内法兰+加厚橡胶板螺栓连接，实现刚柔过渡，便于纠偏；遵循“勤纠、缓纠”原则，“校正”方式纠偏角0.3-0.6°，“恢复”方式纠偏角0.2-0.4°，避免管节变形或接口脱焊。4.4.3中继间应用当顶力达中继间推力40-60%时，安装第一只中继间；后续顶力达65-70%时增设，主顶油缸顶力达90%时启用；本工程顶进距离300-450m（淤泥粉质黏土与粉细砂互层），原则上无需设置，但施工中出现顶力异常时，及时增设中继间，按顺序控制其开启、停止，分散顶力。4.4.4管道内通风通风系统：2台11.5kW矿用轴流通风机，DN300橡胶布风筒，“长鼓、短抽”方式，抽风管喇叭口距挖掘面≤20-30m，送风口距挖掘面12-15m，风筒分设管内两侧，重叠5-10m；质量要求：管道内氧气浓度≥20%，有害气体浓度（CO≤30mg/m³、NO₂≤50mg/m³、CO₂≤0.5%、SO₂≤0.0005%），工作面噪声≤80dB，新鲜空气量≥4m³/（人・min），风速0.15-6m/s，温度≤32℃，相对湿度≤80%，配备气体检测仪表。4.5水下回收掘进机措施前期准备：挖泥船开挖不下埋管沟槽（与掘进机出口部位、标高一致），顶出的掘进机部分悬置时，拆除内部电气设备、中继间千斤顶等，做好管道内部防腐并养护，工作井管道口用闸板阀堵死；浮吊挂钩连接掘进机吊点，检查吊索具（采用Φ50mm钢丝绳，安全系数≥6）受力情况，确保连接牢固；2.切割与起吊：采用水下等离子切割机（切割电流120-150A，切割速度50-80mm/min）沿掘进机与管节连接法兰处切割，切割过程中监控水体污染情况（配备吸油毡，防止切割液扩散）；切割完成后，浮吊缓慢起吊（起吊速度≤0.5m/min），避免掘进机碰撞管道或河床；3.后续处理：掘进机吊至岸边后，清理表面淤泥，检查关键部件（刀盘、液压系统）损坏情况，记录磨损数据，为后续维修或复用提供依据；水下切割部位的管道端口采用临时封堵板（厚度10mm钢板）密封，防止河水倒灌。4.6管节连接技术措施4.6.1钢管焊接连接焊接准备：管节对接前清理管口坡口（采用V型坡口，角度60°±5°，钝边1-2mm），去除铁锈、油污、水分，露出金属光泽；采用专用对口器（液压式，最大对口力500kN）调整管节同心度，确保错边量≤0.1倍壁厚（≤1.4mm），间隙2-3mm；焊接工艺：采用手工电弧焊，分两层焊接：第一层打底焊（焊条E4303，直径3.2mm，电流90-110A），第二层填充盖面焊（焊条E4303，直径4.0mm，电流140-160A）；焊接顺序：先焊周向定位焊（3-4处，每处长度50-100mm），再对称焊接，避免管节受热变形；质量检查：外观检查：焊缝表面无裂纹、气孔、夹渣，余高0-3mm，咬边深度≤0.5mm，长度≤焊缝总长10%；无损检测：每道焊缝100%进行超声波检测（符合GB/T11345-2013一级焊缝要求），发现缺陷及时返修，返修后重新检测。4.6.2防腐处理外防腐：管节出厂前已做三层PE防腐（环氧粉末+胶粘剂+聚乙烯，总厚度≥3.0mm），现场焊接部位补口采用热收缩带（厚度≥2.0mm），补口前清理焊口及周边200mm范围内防腐层，用火焰加热器预热（温度100-120℃），热收缩带加热收缩后，边缘密封胶溢出，确保无气泡、褶皱；内防腐：管内采用无溶剂环氧树脂涂料（干膜厚度≥300μm），焊接完成后清理管内焊渣、杂物，采用高压无气喷涂机（压力20-25MPa）喷涂，分两道施工，第一道干燥后（≥4h）喷涂第二道，涂层附着力采用划格法检测（等级≥5B）。五、质量验收5.1验收依据《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-2019《钢结构工程施工质量验收标准》GB50205-2020《顶管工程施工规程》DG/TJ08-2049-2016项目设计图纸及设计变更文件5.2验收内容与标准5.2.1顶管轴线偏差平面轴线偏差：≤100mm（全长756.81m，偏差率≤0.013%），每50m检测1点，采用全站仪测量；高程偏差：≤50mm，每50m检测1点，采用水准仪测量；相邻管节错边量：≤1.4mm（0.1倍壁厚），每道接口检测1点，采用卡尺测量。5.2.2管道严密性试验试验压力：设计工作压力的1.5倍（若设计无要求，按0.8MPa）；试验流程：管道充满水，浸泡24h后升压至试验压力，稳压30min，检查接口无渗漏；降至工作压力，稳压2h，每30min记录1次压力，压力降≤0.02MPa且无渗漏为合格；渗漏处理：若发现渗漏，标记渗漏位置，排水后采用环氧树脂浆液封堵，修复后重新试验。5.2.3防腐层质量外防腐层：厚度：采用磁性测厚仪每10m检测1点，三层PE防腐层厚度≥3.0mm，补口热收缩带厚度≥2.0mm；电火花检测：采用电火花检漏仪（电压15kV）检测，无击穿现象（每处漏点需返修并重新检测）；内防腐层：厚度：采用超声波测厚仪每10m检测1点，干膜厚度≥300μm；附着力：划格法检测，涂层无剥离（等级≥5B）。5.3验收流程施工单位自检合格后，提交验收申请及相关资料（施工记录、检测报告、隐蔽工程验收记录）；监理单位组织预验收，预验收合格后，由建设单位组织设计、勘察、监理、施工单位进行竣工验收；验收合格后签署《顶管工程竣工验收记录》，管道交付使用；验收不合格，提出整改意见，施工单位整改后重新验收。六、安全与环保措施6.1安全措施6.1.1作业人员安全所有人员上岗前进行专项安全培训（时长≥24h），考核合格后方可上岗，特种作业人员（焊工、起重工、电工）持特种作业证上岗；井下作业人员佩戴安全帽、救生衣（临水作业）、反光背心，管道内作业人员配备便携式气体检测仪（实时监测O₂、CO、NO₂浓度），发现气体超标立即撤离；高空作业（如管节吊装、设备安装）时系双钩安全带（高挂低用），搭设安全网，禁止在悬吊物下方站立或通行。6.1.2设备安全机械设备定期保养（掘进机、千斤顶每月1次），检查液压系统、电气系统，确保无泄漏、无故障；起重设备（汽车起重机、浮吊）作业前检查吊索具、限位装置，吊装时设专人指挥，吊装半径内禁止站人；临时用电采用TN-S接零保护系统，三级配电、二级保护，配电箱防雨、防砸，电缆线架空敷设（高度≥2.5m）或穿管保护（埋深≥0.7m），避免碾压损坏。6.1.3应急措施塌方应急：若发生洞口土体塌方，立即停止顶进，启动注浆系统向塌方区域注入水泥-水玻璃双液浆（注浆压力0.5-1.0MPa），控制塌方范围；疏散周边人员，设置警戒区，待土体稳定后清理塌渣，修复洞口密封装置；触电应急：发生触电事故后，立即切断电源，用绝缘棒将触电人员与带电体分离，对昏迷人员进行心肺复苏，同时拨打120；溺水应急：临水作业时配备救生圈、救生绳，若发生人员溺水，立即启动救援预案，使用救生设备将人员救至岸边，进行急救并送医。6.2环保措施6.2.1废水处理泥水系统排出的泥浆经三级沉淀池（总容积500m³）处理，上清液回用至泥水系统，沉渣运至指定弃渣场（需办理弃渣许可）；施工废水（如设备清洗水、雨水）经沉淀池（容积50m³）处理，悬浮物含量≤100mg/L后排放至市政管网，禁止直接排入长江。6.2.2噪声控制选用低噪声设备（如静音型通风机、低噪声液压泵），设备基础设置减振垫（减振效率≥80%）；施工时间避开周边居民休息时段（夜间22:00-次日6:00禁止施工），确需夜间施工时办理夜间施工许可，提前公告周边居民；爆破作业（若有）采用微震爆破，控制单次装药量，减少噪声传播。6.2.3扬尘控制管节堆放区、弃渣场覆盖防尘网（密度≥2000目/100cm²），定期洒水降尘（每日3次）；运输渣土车辆采用密闭式渣土车（加盖篷布），出场前冲洗轮胎（污泥残留≤5mm），运输路线定期清扫